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《南京农业大学》 2015年
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芹菜对高温胁迫的分子响应机制分析

李岩  
【摘要】:温度是植物生长的三大环境条件之一,也是影响植物生长和农作物产量的主要环境因子。自从20世纪80年代以来,温室效应导致了明显的全球增温现象,植物面临的高温威胁将加剧。高温胁迫会对植物生长发育带来伤害,培育耐热品种可以帮助植物更好地应对全球变暖。芹菜(Apium graveolens L.)属于伞形科草本植物,是一种重要的蔬菜,芹菜性喜冷凉、湿润气候,耐寒但不耐高温。近年来,芹菜频繁遭遇夏秋高温灾害,造成减产与品质下降。本试验以种植于人工气候室的芹菜植株为材料,进行不同温度处理,分别从蛋白质组、转录组、基因等水平研究不同温度下芹菜的表达调控机制,重点研究芹菜叶对高温胁迫的响应机制,以期为培育耐热芹菜新品种提供理论依据。主要结果如下:1.以2个月大的美国西芹'文图拉'植株为材料,进行不同温度处理(4℃、25℃、38℃高温),处理1天后取其叶片提取蛋白质,进行蛋白质双向电泳。结果表明,芹菜叶片中共检测到78个差异蛋白质点,其中高温下有17个差异明显的蛋白点,主要有光色素叶绿素a/b结合蛋白(CAB)、未知蛋白、谷氣酰胺合成酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基结合蛋白、伴侣蛋白60、Rubisco活化酶、Fe2+转运蛋白1、ATP合酶、醛缩酶等。2.AgHSF 属于HSF家族,该家族基因能保护植物免受热激伤害。根据已测定的芹菜(Apium graveolens L.)转录组测序结果,运用生物信息学方法鉴定芹菜热激转录因子基因AgHSFs,并对其数量、序列、系统发育关系等进行分析。结果表明,芹菜中至少含有20个AgHSFs基因,编码的氨基酸残基数目在163~527之间,分子量在19.29~58.14 kD之间变化,等电点(pI值)在4.97~8.44之间。序列比对发现AgHSFs都具有保守的DNA结合域(DNA binding domain,DBD)。拟南芥和芹菜AgHSFs的系统发育分析表明这些芹莱的AgHSFs分为A、B、C三个亚族。A类有12个成员,B类为6个,C类为2个。A亚族又可进一步分为A1~A9等9个亚类,B类又分为B1~B4等4个亚类。选取4个Ag丑SFs基因UgHSF01、AgHSF03、AgHSF04、AgHSF15)进行qRT-PCR分析,结果表明4个AgHSFs的表达有组织特异性和芹菜品种特异性;不同温度下4个AgHSFs的表达也有显著差异。3.以'六合黄心芹'、'津南实芹'、美国西芹'文图拉'为试材,通过PCR技术在芹菜中克隆了 1个编码VirE2互作蛋白1的Agvip1基因的全长序列,Agvip1基因包含一个768 bp的编码255个氨基酸残基的开放阅读框,其编码蛋白AgVIP1的理论分子量为27.2 kD,理论等电点为5.3。聚类分析发现,茄科的番茄和马铃薯与芹菜AgVIP1的亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明Agvip1的表达有组织特异性,且对各种非生物逆境和金属离子胁迫有显著响应。综上所述,高温下芹菜HSFs基因能迅速发生响应,HSFs基因的大量表达可以调节下游HSP蛋白的表达。此外,一些与植物体内代谢、信号转导、防御反应相关的蛋白通过与热激蛋白互作,共同维持植物正常的生长、发育,缓解高温带来的伤害。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S636.3

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